基于Pro/E的注塑機(jī)雙曲肘合模裝置設(shè)計(jì)

許穎， 蘭杰， 佘昌全

（湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北宜昌443003）

基于Pro/E的注塑機(jī)雙曲肘合模裝置設(shè)計(jì)

許穎， 蘭杰， 佘昌全

（湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北宜昌443003）

簡述了Pro/E軟件在注塑機(jī)液壓雙曲肘合模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，并對其設(shè)計(jì)過程及方法進(jìn)行了概括，說明了軟件設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真的輔助功能在液壓雙曲肘合模裝置設(shè)計(jì)中的作用。

注塑機(jī)；雙曲肘；合模裝置；Pro/E軟件；運(yùn)動仿真

0 引言

注塑機(jī)主要由注射裝置、合模裝置、液壓傳動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。其中合模裝置的形式按其實(shí)現(xiàn)鎖模力的方式不同，可分為機(jī)械式、液壓式和液壓—機(jī)械式三大類，機(jī)械式合模裝置在早期出現(xiàn)過，它是依靠齒輪傳動和機(jī)械肘桿機(jī)構(gòu)的作用實(shí)現(xiàn)啟閉運(yùn)動的，因其調(diào)整復(fù)雜，目前已被液壓式和液壓—機(jī)械式合模裝置所取代。液壓—機(jī)械式合模裝置主要有液壓單曲肘、液壓雙曲肘及液壓撐板式合模裝置，其中液壓雙曲肘合模裝置的結(jié)構(gòu)形式按曲肘連桿數(shù)量和組合方式不同還可以劃分出許多種，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度相對難度較大，而應(yīng)用也較為廣泛。

1 液壓雙曲肘合模裝置簡介

液壓雙曲肘機(jī)構(gòu)按組成曲肘的鉸鏈數(shù)可分為四孔型和五孔型；如按曲肘排列位置又分為斜排列和直排列。目前使用最多的是五孔斜排列雙曲肘機(jī)構(gòu)。

注塑模具分別安裝在固定模板和移動模板上，肘桿的支撐部分安裝在移動模板和后模板上，驅(qū)動油缸安裝在后模板上。合模機(jī)構(gòu)工作時(shí)，由驅(qū)動油缸驅(qū)動十字頭后，帶動肘桿推動移動模板在機(jī)架上來回移動，完成合模機(jī)構(gòu)的開閉模動作。

圖1 液壓雙曲肘合模機(jī)構(gòu)組成簡圖

2 液壓雙曲肘合模裝置設(shè)計(jì)過程

在以往的分析過程中，也曾借助過許多軟件的仿真功能，但我們只是用來對該機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，沒有具體對整體的三維實(shí)體模型進(jìn)行仿真分析。在此我們考慮用圖2的過程進(jìn)行設(shè)計(jì)。

用這種方法可以更加全面地完成設(shè)計(jì)計(jì)算并驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)論。

圖2 運(yùn)用Pro/E設(shè)計(jì)注塑機(jī)雙曲肘合模裝置的過程

2.1 用Pro/E軟件仿真功能優(yōu)化雙曲肘機(jī)構(gòu)

注塑機(jī)液壓雙曲肘合模裝置從原理上來說是平面連桿機(jī)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 五孔斜排列雙曲肘合模裝置的平面簡圖

注塑機(jī)液壓雙曲肘合模裝置是一個(gè)典型的對稱結(jié)構(gòu)，所以在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可以只選取其中的一半，即取一組單曲肘機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。

移模行程主要是指閉模時(shí)動模板的移動距離，該行程既要保證包括調(diào)模行程在內(nèi)的定模板與動模板之間的最大距離，又要保證在閉模時(shí)減少機(jī)械磨損和動力消耗。動模板的移動盡量使用最短的模板行程，并且當(dāng)運(yùn)動終止時(shí)，前連桿與后連桿在同一條直線上，肘桿機(jī)構(gòu)處于自鎖狀態(tài)，因此移模行程的確定決定了模板尺寸及拉桿間距，同時(shí)也決定了合模機(jī)構(gòu)中各肘桿的長度尺寸，它的重要性顯而易見。

對雙曲肘機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常我們會首先進(jìn)行理論計(jì)算，然后對計(jì)算的結(jié)論進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，但這樣的計(jì)算方法過程繁瑣，優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程也較長。我們可借助軟件的仿真功能進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。

在仿真過程中，我們把液壓雙曲肘合模裝置作為曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)予以考慮，只研究驅(qū)動油缸的移動距離，動模板的移動距離和斜排列時(shí)的夾角，而不考慮模板的結(jié)構(gòu)和肘桿的形狀。根據(jù)Pro/E軟件仿真驗(yàn)證，確定了各鉸鏈孔的位置后，再由該結(jié)果來對肘桿進(jìn)行結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計(jì)。

2.2 用Pro/E軟件設(shè)計(jì)合模機(jī)構(gòu)零件

合模機(jī)構(gòu)中主要包括模板、拉桿、肘桿及十字頭等機(jī)械零件，其中模板的設(shè)計(jì)最復(fù)雜也最重要。在合模機(jī)構(gòu)中的模板主要包括圖4所示的固定模板、移動模板和后模板。這3塊模板的設(shè)計(jì)除了必須滿足強(qiáng)度和剛度的要求，還要考慮各模板的不同作用。其中固定模板、動模板上要安裝模具，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮模具安裝孔的布置，除此以外移動模板上還要安裝肘桿和頂出油缸，并且要在機(jī)架上來回移動。后模板上要安裝肘桿和驅(qū)動油缸，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮安裝孔的位置。

圖4 合模機(jī)構(gòu)模板設(shè)計(jì)三維圖

因?yàn)樽⑺軝C(jī)模板大多采用的是鑄鋼件，所以在設(shè)計(jì)模板時(shí)主要從鑄鋼件標(biāo)準(zhǔn)對其工藝孔和各支撐部分的板厚入手，進(jìn)行合理的布局。利用Pro/E軟件進(jìn)行三維造型時(shí)，可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的實(shí)際需要靈活調(diào)整模板結(jié)構(gòu)，以獲得滿意的效果。

2.3 用Pro/E軟件裝配并調(diào)試合模機(jī)構(gòu)

利用Pro/E軟件的裝配功能，將所有設(shè)計(jì)并創(chuàng)建好的各零件的三維實(shí)體模型組合在一起，再由該軟件的運(yùn)動仿真功能來調(diào)試合模機(jī)構(gòu)。

在對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真校調(diào)時(shí)，參照前面的優(yōu)化結(jié)果，利用Pro/E軟件中的“表”來設(shè)定開、合模的行程，并且要滿足動模板運(yùn)動過程中“慢→快→慢”速度特性。在運(yùn)動仿真中我們會很容易發(fā)現(xiàn)一些容易出現(xiàn)干涉的地方，特別是肘桿、十字頭、模板等，所以我們要在不影響其受力的情況下，對這些零件中的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行修正。

圖5 Pro/E運(yùn)動仿真調(diào)試合模機(jī)構(gòu)示例圖

運(yùn)用軟件的仿真功能裝配調(diào)試合模機(jī)構(gòu)，有著直觀、修改簡單的優(yōu)勢。首先將所有的零件組裝成部件，然后將部件按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安裝，再仿真驗(yàn)證移動模板的行程及各肘桿、模板的裝配位置，并通過分析仿真中所出現(xiàn)的問題修改相關(guān)零件的形狀尺寸，這樣可以使設(shè)計(jì)結(jié)果更加精確。

運(yùn)用Pro/E軟件對合模機(jī)構(gòu)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)時(shí)，不僅可以對零件的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，而且還可以對主要零件的力學(xué)性能進(jìn)行驗(yàn)證。

3 結(jié)語

注塑機(jī)是一種綜合性較強(qiáng)的機(jī)電一體化設(shè)備，機(jī)械部分是整個(gè)設(shè)備的支撐部分，因此機(jī)械部分的設(shè)計(jì)有著非常重要的作用。而該部分的設(shè)計(jì)難度較大，如果能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，則可以使難度大幅度降低，并且可以使設(shè)計(jì)過程變得直觀。

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（編輯：昊 天）

Design of the Double-toggle Clamping Mechanism in Injection Molding Machine Based on Pro/E

XU Ying， LAN Jie， SHE Changquan
（Hubei Three Gorges Polytechnic,Yichang 443003,China）

Pro/E is used to design the double-toggle clamping mechanism.The design process and method are summarized.The function of kinematics simulation in the design of double-toggle clamping mechanism is proved.

injection molding machine;double-toggle;clamping mechanism;Pro/E;kinematics simulation

TP 391.7

A

1002－2333（2014）04－0155－02

許穎（1972—），女，講師，工學(xué)碩士。

2014-01-22